Arquitetura e integração de TI do gêmeo digital do processo adaptativo inteligente Simio

1. Integração

Ao contrário das ferramentas tradicionais de modelagem de simulação, o Simio foi projetado desde o início para se tornar o gêmeo digital do processo, com foco na integração de dados ao ERP/SCP/MES/IOT existente e a quaisquer outras fontes de dados. Esse requisito orientou o projeto dos recursos de dados e de modelagem do Simio.

O Simio se conecta aos dados mestres (estáticos), como materiais, lista de materiais, roteiros, centros de trabalho, níveis de pessoal etc., bem como aos dados transacionais (dinâmicos), como ordens de serviço, trabalho em processo, status dos recursos e inventário de materiais brutos e acabados. A relação do Simio RPS com os sistemas corporativos é ilustrada em um exemplo na Figura 1 abaixo.

Figura 1: Simio como gêmeo digital de processo conectado aos sistemas corporativos

Embora os dados transacionais possam vir de muitas fontes diferentes, a maioria dos dados críticos vem dos sistemas ERP, SCP e MES. Esses sistemas fornecem as fontes de dados primárias para o gerenciamento da produção. Eles fornecem uma lista mestra de ordens de produção - como datas de liberação, datas de vencimento e quantidades de pedidos - juntamente com produtos componentes e produtos finais necessários para atender à demanda do cliente.Essa lista também tem dados secundários associados, como roteiros de trabalho, lista de materiais, etc. Ela também fornece uma programação de compras de materiais que lista os itens necessários de fornecedores externos, incluindo o tempo previsto de chegada, com o objetivo de combinar esses materiais com a programação de produção.

Em alguns casos, alguns dos dados transacionais podem estar fora dos sistemas ERP, SCP e MES, em planilhas, bancos de dados, arquivos simples ou outras formas. O Simio foi projetado para importar dados transacionais de todas essas fontes variadas.

O Simio oferece três (3) recursos principais para integrar o modelo de programação aos dados transacionais e operacionais. O primeiro é um banco de dados relacional na memória que é totalmente configurável para corresponder ao esquema de qualquer fonte de dados externa. O segundo é uma arquitetura aberta para configurar conectores de dados para importar dados transacionais ou operacionais de fontes externas. O terceiro são construções de modelagem totalmente configuráveis para mapear dados relacionais na memória nas tabelas de dados.

Esses recursos se combinam para fornecer uma estrutura de modelagem que pode ser mapeada para qualquer dado externo, independentemente da fonte ou do esquema de dados. O banco de dados relacional configurável em memória do Simio fornece a interface principal entre os dados corporativos e a lógica do modelo. Os dados transacionais e operacionais são importados para esse banco de dados e mantidos em memória para a execução rápida do modelo de gêmeo digital. A lógica do modelo pode ler e gravar nesse banco de dados em memória.

O esquema do banco de dados é totalmente configurável e pode corresponder exatamente ao esquema existente das fontes de dados externas, muitas vezes eliminando a necessidade de transformar os dados durante a importação/exportação. A ação de importação/exportação é feita por meio dos conectores de dados do Simio. Os conectores de dados padrão são fornecidos para os bancos de dados mais populares, arquivos Excel e CSV, bem como APIs da Web.

O Simio oferece interoperabilidade entre sistemas, conforme resumido e mostrado na Figura 2 abaixo:

• Conectores de Excel e CSV (Excel)
• Conectores de banco de dados (SQL/Oracle, etc.)
• AVEVA, Tulip MES (ou outros) usando as APIs padrão ou serviços da Web
• Dispositivos IoT, solucionadores externos e ferramentas de IA usando PTC Kepware, HighByte, etc.
• API da Web ou banco de dados (integração em nuvem) (SAP S4 HANA, Oracle, Kinaxis, Microsoft Dynamics, OMP, etc.)

Figura 2: Recursos de integração e conectores de dados do Simio

Os dados transacionais para o modelo de gêmeo digital são normalmente importados ou baixados do ERP no início de cada período de planejamento e são estáticos durante o período de planejamento. Em contrapartida, os dados operacionais do MES mudam constantemente e, portanto, o conector de dados do MES é frequentemente um conector dinâmico. Por exemplo, uma falha de máquina detectada pelo MES pode acionar automaticamente o Simio para gerar um novo cronograma com base no tempo de inatividade esperado para a máquina. A estrutura de integração do Simio suporta conectores de dados estáticos e dinâmicos para dados transacionais e operacionais.

À medida que o cenário de dados corporativos evolui e os clientes desenvolvem data warehouses centrais, geralmente na nuvem, usando técnicas como o Unified Name Space (UNS) para mapear e transformar os dados para que estejam prontos e possam ser usados pela maioria dos aplicativos, como ferramentas analíticas, mas também suportam a criação de um gêmeo digital, como o Simio, que é totalmente gerado por dados e orientado por dados estáticos e dinâmicos da fábrica/cadeia de suprimentos/armazém. A Figura 3 a seguir mostra uma abordagem mais progressiva ou moderna para dar melhor suporte aos gêmeos digitais e atingir objetivos como low-touch/no-touch ou até mesmo uma fábrica ou um sistema totalmente inteligente.

Figura 3: Integração do Simio a um armazenamento central em nuvem UNS

Para dar suporte à maioria das integrações nos sistemas ERP, SCP e MES, a Simio criou duas metodologias principais para implementação com base na infraestrutura de TI existente do cliente e na preferência do cliente. Esse suporte é para uma abordagem indireta ("Push") e direta ("Pull") da integração com base nos requisitos do cliente.

1.1 Abordagem de integração direta ("Pull")

Nessa abordagem, o Simio acionará uma extração dos sistemas de dados relevantes com base em um evento cronometrado ou entrada de usuário, como o uso do SAP API Business HUB usando o Simio Web API Data Connector. Isso garante que o Simio esteja usando as informações mais atualizadas. A abordagem de integração direta é mostrada na Figura 4 abaixo:

Figura 4: Ilustração da abordagem de integração direta ("Pull")

A abordagem de integração direta ("Pull") é descrita em um alto nível abaixo:

1. O Simio inicia o fluxo de trabalho de integração enviando uma solicitação GET para um aplicativo de middleware associado a um sistema ERP, MES, SCP ou IoT.
2. Ao receber a chamada iniciada pelo Simio, o aplicativo de middleware atua como um mensageiro da Web, encaminhando a solicitação para o sistema ERP/MES/SCP/IoT, que gera os dados necessários e os envia de volta para o aplicativo de middleware.
3. O aplicativo de middleware envia a mensagem ao Simio formatada em JSON ou XML, que é armazenada no banco de dados relacional residente na memória do Simio usando uma folha de estilo XSLT (v1.0) para mapeamento e tradução de dados.
4. Após a conclusão da execução da simulação, o Simio aproveita todos os recursos de integração bidirecional, permitindo que ele envie (POST) as informações de programação de volta para o aplicativo de middleware e, posteriormente, para o sistema ERP/MES/SCP/IoT de origem.

1.2 Abordagem de integração indireta ("Push")

Usando uma camada adicional de dados de persistência, a Simio também criou uma abordagem "Push" para integração com os sistemas ERP, SCP e MES existentes, conforme ilustrado na Figura 5 abaixo. As atualizações são enviadas dos sistemas ERP, SCP e MES por meio de middleware para o banco de dados de preparação (camada de persistência) que conduz o Simio, como o uso da Interface de Otimização da Produção SAP (POI). Os dados ficam prontos quando os usuários desejam criar uma programação e funcionam bem para programações diárias ou semanais de rotina. As atualizações devem ser sincronizadas para garantir que o Simio não acione a próxima sessão de planejamento ou experimentação até que a atualização tenha sido concluída.

Figura 5: Ilustração da abordagem de integração indireta ("Push")

A abordagem de integração indireta ("Push") é descrita em um alto nível abaixo:

1. Iniciado por um processo de agendamento de trabalho ou acionador, o sistema ERP/MES/SCP/IoT gera mensagens que são enviadas a um aplicativo de middleware.
2. Antes de encaminhar as mensagens para o Simio, o aplicativo de middleware pode precisar realizar um mapeamento de transformação com base no uso pretendido dos dados para alinhar-se aos requisitos da tabela de modelos do Simio. As mensagens atualizadas são então transferidas para o banco de dados de preparação, utilizando os adaptadores de banco de dados de middleware ou arquivos XML.
3. Em seguida, o Simio extrai os dados da tabela do banco de dados usando um conector de dados, atualizando as tabelas na memória do Simio.
4. Após a conclusão da execução da simulação, o Simio aproveita todos os recursos de integração bidirecional, permitindo que ele envie as informações de programação de volta para a área de preparação para acesso pelo aplicativo de middleware e, posteriormente, para o sistema ERP/MES/SCP/IoT de origem.

2. Arquitetura de sistemas

A arquitetura de sistemas é diferente na maioria das implementações, com base no cenário de TI do cliente. Com base nos requisitos de experimentação, planejamento e programação e nos fluxos de trabalho, os sistemas de origem serão identificados como parte do processo de integração e identificação do fluxo de trabalho. A Figura 6 abaixo fornece um exemplo ilustrativo do que o cenário de sistemas pode conter e como os diferentes sistemas interagirão em uma implantação corporativa típica.

Figura 6: Exemplo de arquitetura de sistemas de implantação corporativa

3. Opções de implantação do Simio RPS

Como o Simio RPS é uma solução de simulação e programação, ele é usado por diferentes pessoas em diferentes funções de usuário à medida que o projeto avança da fase de design (simulação e análise) para a fase de operação (planejamento e programação). Com base nos requisitos, um cliente pode implantar o Simio RPS em qualquer uma ou em todas as opções de implantação listadas e mostradas na Figura 7 abaixo.

3.1 Opção 1 - Desktop

3.1.1 Projetar e operar

Durante a fase de desenvolvimento e análise do modelo, muitas vezes é preferível implantar o Simio RPS em um laptop ou desktop. Isso permite que os membros da equipe do projeto trabalhem off-line, pois os modelos são armazenados como arquivos XML compactados que podem ser facilmente transferidos entre computadores e até mesmo enviados por e-mail aos membros da equipe sempre que forem feitas atualizações no modelo para revisão e teste.Essa opção também é válida para a implementação operacional do sistema de agendamento, desde que o desktop ou laptop tenha acesso à rede do cliente para acessar os dados operacionais necessários para executar o modelo para experimentação ou para gerar um cronograma de produção. Essa opção funciona particularmente bem durante a fase inicial de implementação e teste da solução, enquanto vários membros da equipe precisam fazer melhorias contínuas e alterações no modelo para ajustar a lógica do modelo.

3.1.2 Operar

O Simio pode ser configurado para fornecer uma visão operacional. Com essa visão operacional, o modelo Simio é usado para criar programações e executar diferentes experimentos para testar estratégias operacionais, alterando dados e propriedades predefinidos incluídos durante a fase de desenvolvimento do modelo. O usuário não pode fazer nenhuma alteração no modelo usando essa opção de implementação.

3.2 Opção 2 - Solução em nuvem (pública (Azure) ou privada (no local))

A solução baseada em nuvem do Simio, o Simio Portal Edition, tem duas opções de implantação. Sua opção pública é hospedada no serviço Microsoft Azure. A opção privada do Simio é instalada em um Windows Server com IIS (Internet Information Services).

Para hospedar o portal Simio no local, o cliente deverá alugar ou adquirir a infraestrutura de hardware necessária para criar esse ambiente hospedado atrás de seus próprios sistemas de segurança (firewall). A opção hospedada também pode ser usada para experimentação, a fim de avaliar as estratégias operacionais alterando os dados e parâmetros definidos, conforme incluído durante a fase de desenvolvimento do modelo.

Figura 7: Opções de implantação operacional do Simio

4. Requisitos de software para desktop/servidor VM

1. Windows 8.1 ou posterior, ou Windows 10 Anniversary Update ou posterior.
2. Os sistemas operacionais de 32 e 64 bits são totalmente compatíveis.
3. Se a instalação for feita no Windows 8.1, a atualização de abril de 2014 (KB2919355) deverá ser instalada primeiro (consulte https://support.microsoft.com/en-us/kb/2919355). A atualização 2919442 também é necessária (consulte https:// support.microsoft.com/en-us/kb/2919442).
4. O Simio requer o .NET Framework versão 4.7.2, que faz parte da instalação padrão.

5. Requisitos de hardware recomendados para a implantação do portal no local

Configuração do Windows Server

1. Computador com processador quad core com velocidade de clock de 2,6 GHz ou mais rápida. Núcleos adicionais são recomendados para um desempenho ideal.
2. Recomenda-se 64 GB ou mais de RAM; mínimo de 16 GB de RAM.
3. Disco de 1 terabyte (preferencialmente de estado sólido) com suporte a RAID para dados. A quantidade de espaço em disco necessária depende do tamanho do modelo, do número de etapas de trabalho programadas, do número de cenários salvos e da quantidade de dados mantidos on-line no banco de dados de produção.
4. Microsoft Windows Server 2012 R2 ou superior
5. Microsoft SQL Server 2012 ou superior.
6. IIS com suporte ao ASP.NET 4.7.

OBSERVAÇÃO: o uso de três servidores separados para banco de dados, servidor de aplicativos e IIS pode ser configurado, mas não é obrigatório.

6. Materiais de referência adicionais

Abaixo estão referências adicionais que fornecem informações mais detalhadas sobre os requisitos específicos de integração para diferentes sistemas corporativos.

Plataforma de tecnologia empresarial da SAP

https://github.com/SimioLLC/SAPCloudPlatformIntegration

AVEVA MES

https://github.com/SimioLLC/AVEVAMES